带有单模弯曲的活性光纤的光放大器制造技术

本发明专利技术涉及一个光放大器，它可具体应用于光纤通信线路。它包括活性光纤（７），在光纤（７）的线心中搀杂有萤光物质，萤光物质可在当光纤加上发光泵信号时在发送信号波长上发送待放大的传输信号。光纤（７）在其呈基本直线形时，它可允许将以传输波长单模光传播和以泵波长多模传播，将该光纤的７０％的长度的采用相应于只以基本模以泵波长在光纤内传播弯曲半径的弯曲构形，从而减少了传输波长的模式直径而不传输由泵信号的高次模。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光放大器，具体地说，涉及一种用于采用在传输波长上的单模光纤的远程通信线路中的光放大器。众所周知，芯子搀杂以诸如稀土离子这种特殊的光纤具有适用作为激光源或光放大器的受激发射特性。事实上，这些光纤可以被加以一种称之为泵波长的特殊波长的光源，该光源能将搀杂原子带到一个受激能级状态，或泵浦带上，原子然后从该泵浦带上自发地在一个很短的时间内下落到一个激光发射态，原子在该发射态上保持一段相对长的时间。当具有在激光发射能级上有大量受激状态的原子的光被一种其波长相应于该激光发射态的光信号通过时，则该信号使受激原子转换到低能级，而光发射具有与该信号一样的波长;因此上述类型的光纤可以用来放大信号，具体地说，例如可用作光线路放大器，将一个在经过远程通信线路的光纤中经过长途传输衰减后的光信号恢复到一个高电平上。上述类型的光放大器可例如在与本申请同名的意大利专利申请No.22120A/89中了解到，该专利的申请日是1989年10月24日。在该申请中的活性光纤在传输波长和泵波长上均提供单模型式。然而，这种在传输波长和泵波长上均为单模的光纤在光纤截面中有不同的发光功率分布，具体说，传输信号的发光功率在光纤截面中的分布区域要比泵功率的分布区域大。提供传输信号放大的萤光搀杂物质，集中在光纤芯子中，且已知的放大器中的光纤则是这样设计的泵功率被太局限于所述区域，以致于它可完全被用于激励处在激光发射能级上的萤光搀杂物;然而因为部分传输信号功率被传输到光纤的此有萤光搀杂物和泵功率的区域之外的部分，因此造成在可以进行放大的光纤区域中只利用了一部分所述信号。上述现象对放大效率，即对每单位泵功率的传输信号增益是一个限制。因此提出了如何增加已知放大器的所述效率的问题。本专利技术的目的是提供一种放大器，在该放大器中，传输信号功率和泵功率在活性光纤截面中基本上有相似的分布且都集中在存在萤光物质的光纤区域内。因此本专利技术提供一种光放大器，该光放大器可用于远程光纤通信线路中，只要将其串连地插入在线路光纤中即可。这种放大器包括至少两个输入端和一个输出端，两个输入端分别与载送传输信号的光纤线和发光泵源相连，而输出端则与一活性光纤之一端相连，活性光纤在其相应的光学芯子部分含有萤光搀杂物，它可以以传输信号波长发射光并可以以泵源波长加泵。上述光放器其特征在于所述活性光纤是一种这样的光纤它可以让光束以基本上是直线的形式在传输波长上进行单模传播而在泵波长进行多模传播，并且该活性光纤的总长的70%呈现弯曲的构形，其弯曲半径与以泵浦波长上的基本模在光纤中的传输相对应。弯曲活性光纤的弯曲半径是在20至140nm的范围内，最好是在35至100nm的范围内。在一个最佳实施例中，传输波长是在1520和1570nm之间，泵波长是在980nm(±10nm)，而在活性光纤中的萤光搀杂物是氧化铒。具体地说，该活性光纤有至少一个弯曲部分，该弯曲部分具有一个相应于泵波长上的基本模在该光纤中的传播的弯曲半径，并与非弯曲的光纤部分相邻接，弯曲部分的长度或者说弯曲部分的总长大于该活性光纤总长的70%。最好活性光纤呈现一单个连续弯曲部分，其弯曲半径相应于泵波上的基本模在光纤本身中的传播。在活性光纤的一端或两端有非弯曲光纤部分。在本专利技术的一个光放大器的具体最佳实施例中，活性光纤以一个弯曲半径相应于在泵波长上的基本模在整个长度上的传播被弯曲，此外还有基本上无弯曲的端部分，每段此无弯曲端部分长度小于400nm;最好此基本无弯曲端部分的长度小于200nm。现结合附图更详细地介绍本专利技术。附图说明图1示出了一个采用活性光纤的光放大器;图2示出了用于图1中的这类光纤的中的能级跃迁图，这种跃迁适用于产生一受激(激光)发射;图3示出了有关泵波长、传输波长及截止波长的配置;图4示出了在一个光纤中的光强度的径向分布;图5示出了本专利技术的放大器中的活性光纤的结构;图6为图5中的光纤的顶视图;图7示出了在光纤中的模式直径与波长的关系;图8示出了光放大器增益与所用活性光纤长度的关系。为了放大在光远程通信光纤中的信号，可使用采用光纤的放大器;图1示意地示出了这种放大器的结构。其中参考数字1表示一条光远程通信光纤，由一个信号激光发送器2将其产生的波长λS的传输信号送入到该光纤，该信号在经一段线路的衰减之后被送至放大器3，放大器3基本上由一个双向光耦合器4和一段活性光纤7组成。此光耦器在单条输出光纤上与由泵激光发送器6产生的波长λP的泵信号相连接，活性光纤7与从光耦合器出来的光纤5相连，然后再将经此构成信号放大元件的活性光纤7放大的信号引入到线路光纤1，并继续传向目的地。为了制造产生光信号放大的活性光纤7，可使用氧化硅基光纤，向该光纤搀以萤光材料，此萤光材料可在有光信号受激时产生光发射，于是光信号被放大。至于萤光材料，可采用能具有在适用于远程通信信号的长途传输的波长上受激跃迁或称之为“激光”跃迁特性的Er2O3。图2形象地表示了在纤维二氧化硅-基-基质中的氧化铒离子溶液的可提供的能级状态。将波长为比传输信号波长λS小的“泵”波长λP的光功率引入到该活性光纤，会使一定数目的作为纤维玻璃基质中的搀杂物的Er3+离子引发到称之为“泵”带的“受激励”能级态8，从该能级态离子自发地衰落到构成激光发射能级的能级9中。众所周知，从泵带8至能级9的转换相应有一消散在光纤外的热发射(声子辐射)。而从能级9至基能级10的转换则产生一个相应于激光发射能级9的能量值的波长的光发射;如果波长相应于该发射能级的信号通过一个含有大量处于激光发射能级上的离子的光纤时，则该信号使所关心的离子在其自发衰落之前产生从发射态到基态的受激转换，这样在活性光纤的输出端便得到了称之为瀑布现象的由这种光发射产生的被放大了的传输信号。图4所示的是对应于用参考数字11表示的一段光纤的轴向截面，其中参考数字12和13分别定义为该光纤的线心和包壳，它们具有不同的折射指数。为用作放大器中的活性光纤，在线心12中搀入有搀杂物Er3+。如在与本申请同名的意大利专利申请No.22120A/89中所公开的，为了获得高放大增益，在放大器中的活性光纤7具有在传输波长和泵波长均为单模型是合适的。如图3所示的基于所述专利的教导的前述的活性光纤的尺寸定为光纤截止波长λc1，也称之为“λ截止”，均小于传输信号波长λS和泵辐射波长λp，在此λc1以上，在光纤中只出现基本模的传播。光纤的数字口径NA和线心直径可用作为选择光纤截止波长的重要指标。光纤的数字口径NA基本上具有“步长指数”或类似的可用下式表式的折射指数分布;NA＝(n21-n22)1/2其中n1为光纤线心的折射指数而n2为光纤包壳的折射指数。众所周知，光纤线心和包壳所需的折射指数可以通过选择在线心和包壳本身的主搀杂物或指数变化搀杂物的浓度来获得。将搀杂物引入预型件而制取这种活性光纤的技术是人们所熟知的。为此目的搀杂物通常由GeO2或Al2O2组成。在光纤内，一个具有用于只有单模在光线中传播的、大于光纤的截止波长的波长上的光辐射，呈现一种如图所用曲线P和S表示的近似于高斯型的光强度辐射分布，它沿光纤轴向有一最大密度1max而向光纤外围逐渐减少到趋于零。根据上述分布，模式直径φm定义为在光纤有如下式所示光强1(φm)处的直径I(φ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光放大器，具体地说一种可用于光纤远程通信线路的光放大器，它可串接到线路的光纤中，至少包括一个发光泵源（６），一个有两个与载送传输信号的光线路光纤和发光泵源分别相连的输入端及一个与一活性光纤（７）的末端相连的输出端（５），在活性光纤的光学芯子部分搀杂有可在传输信号波长发射的、并可以泵源波长加泵的萤光搀杂物，其特征在于：当活性光纤（７）呈现基本直线构形时能以传输波长传播发光单模信号和以泵波长传播发光多模信号，将其安置成弯曲构形，其中至少总长的７０％以一相应于在光纤中在泵波长上只传播单模的弯曲半径进行弯曲。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔盖奥格拉索，奥尔多赖蒂，
申请(专利权)人：皮雷利卡维有限公司，
类型：发明
国别省市：IT[意大利]